自制万用表测试交流电压问题求助

2万 · 2021-10-31 21:47

最近参考ti万用表方案，设计了一块万用表，但交流信号测试，带宽严重不足，详细情况如下，请大神们帮我分析一下，谢谢

1、如上图，为了排除相关器件的对带宽的影响，实际测试时取消BAV199,C4(100pF电容),U2(DG409),C7; 因为取消U2,将U2的PIN8与PIN6引脚，PIN11与PIN9引脚，都通过短线连接，以保证10V量程档可以正常工作；

2、从high输入5V有效值/频率1K交流电压，在ADC_VH处测试输出交流电压，大概为0.5V有效值；但当输入电压频率更改为5KHZ时，在ADC_VH处测试输出下降到0.25V有效值；

频率继续增加到20KHz时，在ADC_VH处测试输出下降到0.05V有效值；

3、因为Rb1--- Rb11,Rb14都使用的普通贴片薄膜电阻（0805封装），怀疑是1M电阻寄生电感引起，将这些电阻更换为精度0.1%,0805封装的金属膜贴片电阻；但测试结果基本与上述一致，通道平坦度还是不好；

问题：1、上述分压网络究竟应该选择什么类型的电阻？

2、分压网络带宽不足如何解决？

4万 · 2021-10-31 22:48

是运放带宽不足导致，测频率更高的交流信号，需要前级放大的带宽满足，同时后级ADC的速度也必须跟上。

只看该作者 · 2021-11-1 08:31

假定输入电容10pF，10M电阻，截止频率1.6KHz

2万 · 2021-11-1 09:21

yuanzhoulu 发表于 2021-11-1 08:31
假定输入电容10pF，10M电阻，截止频率1.6KHz

有相应的计算公式吗？请分享一下。

只看该作者 · 2021-11-1 11:01

这个是不是和示波器探头相似

我估计PDF里面可能有答案，但是咱们不懂英文啊。。

示波器探头电路

062-1146-00.pdf (9.17 MB)

2万 · 2021-11-1 11:28

yjmwxwx 发表于 2021-11-1 11:01
这个是不是和示波器探头相似

对这方面的知识不懂，谢谢老乡支持。

只看该作者 · 2021-11-1 12:02

王栋春发表于 2021-11-1 11:28
对这方面的知识不懂，谢谢老乡支持。

这方面我也不懂，只能网上搜搜。。

下边是网上搜的。。
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示波器探头原理图和解剖结构

无源探头是最常用的示波器探头。正如名称“无源”所暗示的那样，它由无源元件电阻器、电容器和电线制成。领先的示波器探头制造商是力科、泰克和安捷伦。无源探头的衰减系数通常为 1:1、10:1 和 100:1。1:1 的衰减因子意味着在探头尖端探测到的任何信号都将与在示波器输入端显示的完全一样。因此，探头尖端的 1V 信号将在示波器输入端检测为 1V。10:1 的衰减因子意味着探头尖端的 1V 信号将在示波器输入处检测为 0.1V。

为什么我们要使用衰减 10:1 的示波器探头？原因是它在探头尖端的电容也小了十倍。典型的 10:1 示波器探头在探头尖端的电压约为 9pF 至 15pF，而 1:1 示波器探头的电压为 50pF 至 100pF。探头尖端电容越小，对高频信号测量越好。对于 10:1 示波器探头，它可以测量高达 500MHz 的信号，而对于 1:1 示波器探头，它只能测量高达 15~20MHz 的信号。

我们现在将详细介绍示波器探头的解剖结构和示意图。下图显示了市场上可用的示波器探头的完整视图。该示波器探头具有 10:1 衰减、10M 欧姆输入电阻和 10pF 输入电容。

测量探头尖端电阻和电容。等效探头尖端示意图如下所示。从这里我们知道探头尖端电阻为 9Mohm，与 9Mohm 电阻并联的探头尖端电容为 10pF。

接下来，我们继续拆卸探头连接器。取下塑料外壳后，有一块带有金属屏蔽层的小PCB。

取下金属屏蔽，我们现在可以看到无源元件了。PCB 上安装了几个 SMT 电阻器和电容器。

然后我们看PCB的反面。PCB这一侧有两个可变电阻和一个可变电容。两个可变电阻用于高频补偿，可变电容用于低频补偿。稍后我们将展示这些可变组件的工作原理。

从这里我们可以导出探头连接器内部的探头补偿原理图。单击下面的图像以放大格式查看。

从上面的示意图中，我们展示了探头尖端、探头连接器和示波器电路图。典型的示波器输入电阻为 1M ohm，并联一个 12pF 的电容。我们必须将这些电阻和电容纳入计算，以获得正确的补偿网络计算。R2 & R3 是可变电阻器（范围为 0 到 500 欧姆），C2 是可变电容器（范围为 50pF 到 100pF）。

我们可以将上面的原理图简化为如下所示的电路。我们的目标是计算 100Hz 到 100MHz 频率范围内 Vin 和 Vscope 之间的关系。

Z1 是 Cp 和 Rp 并联的阻抗。[ Z1= Rp // (1/sCp) ]

Z3 是（C1 & R1 串联）与R2 并联的阻抗。[ Z3= (R1+ (1/sC1)) // R2 ]

Z4是C2和R3串联的阻抗。[ Z4 = R3 + (1/sC2) ]

Z6 是 Rs 和 Cs 并联的阻抗。[ Z6 = Rs // (1 /sCs) ]

下表显示了 Vout 与 1V 的 Vin 的计算。我们可以看到，从 1Hz 到 100kHz，衰减是 10 倍。(Vout = 1V /10=0.1V )。从 1M 到 100M，由于 Z1 从 115k Ohm 急剧下降到小于 1k Ohm，衰减变得更小。这是阻抗 Xcp 随着频率增加而降低的结果 Xcp = 1/sCp ( s = 2*pi*freq)。

我们可以说，使用如上所示的无源元件值，示波器探头在 1 Hz 至 100kHz 范围内具有准确的 10:1 衰减。从 1 MHz 开始，我们需要微调可变电阻器 R3，以获得 10:1 的衰减。现在将 R3 从 147 ohm 更改为 50 ohm 并检查 VOUT 值。很明显，在从 1Hz 到高频 100MHz 的所有频率范围内，VOUT 几乎始终为 0.1。

结论：
1) Scope 探头具有补偿网络，可以将 VOUT 值微调到接近衰减值 10:1。
2) 在计算示波器探头 VOUT 时，我们还需要包括示波器的输入电阻和电容。

只看该作者 · 2021-11-1 12:05

本帖最后由 yjmwxwx 于 2021-11-1 12:07 编辑

看网上个电压表的图，不补偿可能只能测低频，这图估计也测不了高频

2万 · 2021-11-1 12:48

yjmwxwx 发表于 2021-11-1 12:05
看网上个电压表的图，不补偿可能只能测低频，这图估计也测不了高频

好的，谢谢老乡，我先学习吸收一下。

只看该作者 · 2021-11-1 19:49

王栋春发表于 2021-11-1 12:48
好的，谢谢老乡，我先学习吸收一下。

不用谢，搞单片机我还凑合，电路实在是外行，还是等懂模电的老师来解答吧

2万 · 2021-11-1 20:36

yjmwxwx 发表于 2021-11-1 19:49
不用谢，搞单片机我还凑合，电路实在是外行，还是等懂模电的老师来解答吧 ...

如果本人有想法，老乡可以帮忙搞一下吗？关于单片机的，我对单片机就是不懂呀！

只看该作者 · 2021-11-1 20:56

王栋春发表于 2021-11-1 20:36
如果本人有想法，老乡可以帮忙搞一下吗？关于单片机的，我对单片机就是不懂呀！ ...

想做什么东西？我这有的电子元器件可以试试，我做东西都是玩的心态，不敢保证能成功，就算做出来一般也不如同行，你看我搞的那些制作比别人做的差远了，我感觉我现在总算是摸到门在哪里了，但是懒得去补那些自己没有学过的基础知识。

2万 · 2021-11-1 21:44

yjmwxwx 发表于 2021-11-1 20:56
想做什么东西？我这有的电子元器件可以试试，我做东西都是玩的心态，不敢保证能成功，就算做出来一般也不 ...

非常简单，硬件线路不劳老乡动手，只是非常希望你用KEIL帮忙做一下51单片机的程序，就是维修中常用的一些小功能电路。

只看该作者 · 2021-11-1 22:35

王栋春发表于 2021-11-1 21:44
非常简单，硬件线路不劳老乡动手，只是非常希望你用KEIL帮忙做一下51单片机的程序，就是维修中常用的一些 ...

除了闪灯之类最简单的制作，别的应该需要把程序下载到单片机看能不能运行，51可能有的软件能仿真，但是那个我不熟悉，51和KEIL大概十年前刚学的时候跟着网上视频学过一段时间，做了个数码管时钟就扔下了，现在都忘记怎么用了，要用还要现学学，没硬件就像隔空摸物。

我手上最便宜的单片机是上面这种，我写的还是汇编，也不是在KEIL下面编译的，写一个简单功能一般都要下载调试很多次才能成功，就是靠不断试错，和别人的方法不太一样。

2万 · 2021-11-1 22:46

yjmwxwx 发表于 2021-11-1 22:35
除了闪灯之类最简单的制作，别的应该需要把程序下载到单片机看能不能运行，51可能有的软件能仿真，但是那 ...

硬件都不是问题，元器件我自己搞定，线路也非常简单------例如最简单的单按键控制一个继电器吸合维持-断开-吸合维持这种功能。

只看该作者 · 2021-11-1 23:15

本帖最后由 yjmwxwx 于 2021-11-1 23:17 编辑

王栋春发表于 2021-11-1 22:46
硬件都不是问题，元器件我自己搞定，线路也非常简单------例如最简单的单按键控制一个继电器吸合维持-断 ...

不想再去学51了，我这也有STC89C52和烧写工具，但是早就找不到了。

我现在只能用我现有的单片机做，不然没办法调试程序，还得知道具体要实现什么功能，就是简单按键调开关时间也需要调试，一个多月前我家洗衣机定时开关坏了，我用单片机做了个控制继电器代替的，还是固定时间的，也是做出电路写程序调试下才有把握程序没问题。

只看该作者 · 2021-11-2 08:17

王栋春发表于 2021-11-1 09:21
有相应的计算公式吗？请分享一下。

就是RC低通滤波器，不过你这是多个电阻，每个电阻都有分布电容，更麻烦点

2万 · 2021-11-2 09:05

king5555 发表于 2021-11-2 08:26
Ra*Ca=Rb*Cb。於Ra||Ca，Rb ||Cb。

收到，谢谢赐教。

只看该作者 · 2021-11-2 19:08

参考毫伏表电路，示波器太高，没必要那么复杂。上图是百度，不知道参数。下图是书上拍的，测量范围300uV到300V十一档，频率20Hz到1MHz，输入阻抗1.5MΩ，精度±3%。

2万 · 2021-11-2 19:18

yuanzhoulu 发表于 2021-11-2 19:08
参考毫伏表电路，示波器太高，没必要那么复杂。上图是百度，不知道参数。下图是书上拍的，测量范围300uV到3 ...

多谢坛友的支持，我学习学习

。

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